Προσρόφηση

Η προσρόφηση μπορεί να ονομαστεί ως μια διαδικασία όπου μόρια, ιόντα ή άτομα ενός στερεού, υγρού ή αερίου σχηματίζουν ένα στρώμα γύρω από την επιφάνεια ενός στερεού ή ενός υγρού. Επινοήθηκε από τον μεγάλο φυσικό Heinrich Kayser, ο όρος προσρόφηση χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1881. 

Με πιο απλά λόγια, η προσρόφηση είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει τη συσσώρευση οποιασδήποτε ουσίας στην επιφάνεια ενός μοριακού είδους. Η συσσώρευση γίνεται σε υψηλότερη συγκέντρωση που το κάνει διαφορετικό από την απορρόφηση και το καλύτερο παράδειγμα προσρόφησης είναι όταν εξετάζουμε αέρια όπως το υδρογόνο, το άζωτο και το οξυγόνο. Αυτά τα αέρια απορροφώνται σε ενεργό άνθρακα και συσσωρεύονται στην επιφάνειά του.

Πώς διαφέρει η προσρόφηση από την απορρόφηση;

Η βασική διαφορά μεταξύ απορρόφησης και προσρόφησης είναι ότι στην απορρόφηση, το ρευστό διαλύεται πλήρως με τη βοήθεια ενός υγρού ή ενός στερεού, γνωστό και ως απορροφητικό. Ενώ από την άλλη πλευρά, η προσρόφηση είναι μια διαδικασία κατά την οποία όλα τα άτομα, τα ιόντα και τα μόρια της ουσίας συσσωρεύονται στην επιφάνεια του υλικού.

Η απορρόφηση είναι ένα μαζικό φαινόμενο και μια ενδόθερμη διαδικασία που δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Ωστόσο, η προσρόφηση είναι ένα επιφανειακό φαινόμενο και μια εξώθερμη διαδικασία, επομένως ευνοείται από διεργασίες σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Για την προσρόφηση, απαιτούνται δύο βασικά στοιχεία: 

• Προροφητικό:Ουσίες που εναποτίθενται στην επιφάνεια άλλης ουσίας, για παράδειγμα, τα αέρια υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο
• Προροφητικό:Η επιφάνεια της ουσίας στην οποία το προσροφητικό σχηματίζει ένα στρώμα

Χρήσεις προσρόφησης

Υπάρχουν πολλές χρήσεις της προσρόφησης. Μερικά από αυτά δίνονται παρακάτω:

• Η προσρόφηση χρησιμοποιείται στις μονάδες κλιματισμού για ψύξη νερού
• Silica gel, μια άλλη χρήση της προσρόφησης, χρησιμοποιείται για να αποτρέψει την υγρασία από την καταστροφή πολλών ηλεκτρονικών προϊόντων και ρούχων
• Η προσρόφηση χρησιμοποιείται επίσης στη φαρμακοβιομηχανία για την αξιοποίηση του χρόνου έκθεσης συγκεκριμένων φαρμάκων
• Τα προσροφητικά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αντικολλητικής επίστρωσης σε πολλές επιφάνειες

Τύποι προσρόφησης:

Τώρα γνωρίζουμε ποιες είναι μερικές από τις χρήσεις της προσρόφησης, ας ρίξουμε μια ματιά στα είδη της προσρόφησης. Η προσρόφηση ταξινομείται σε 2 τύπους:

1. Φυσορρόφηση:Η φυσορρόφηση μπορεί να ονομαστεί ως η κατάσταση κατά την οποία το προσροφητικό υλικό συγκρατείται στην επιφάνεια του προσροφητικού από ασθενείς φυσικές δυνάμεις, δηλ. από τη δύναμη van Der Waals. Η φυσορρόφηση είναι επίσης γνωστή ως προσρόφηση van der Waals. Για παράδειγμα, προσρόφηση ενός στρώματος υδρατμών στην επάνω επιφάνεια του silica gel και προσρόφηση διαφόρων αερίων στο ανώτερο στρώμα ζωικού άνθρακα.
2. Χημειρρόφηση:Προχωρώντας στον επόμενο τύπο προσρόφησης, όταν τα μόρια, τα ιόντα ή τα άτομα αερίων, στερεών ή υγρών συγκρατούνται στην επάνω επιφάνεια του απορροφητικού μέσω ισχυρού χημικού δεσμού, είναι γνωστό ως χημική απορρόφηση. Για παράδειγμα, το πιο συνηθισμένο παράδειγμα χημειορόφησης είναι η σκουριά του σιδήρου. Η σκουριά συγκρατεί την επάνω επιφάνεια του σιδήρου λόγω μιας ισχυρής χημικής αντίδρασης.

Σημασία της προσρόφησης

Η σημασία της προσρόφησης μπορεί να σημειωθεί από τα λίγα σημεία που αναφέρονται παρακάτω: 

1. Στην προσρόφηση, πολλές χημικές αντιδράσεις επιταχύνονται λόγω της παρουσίας προσροφητικών επιφανειών. Για παράδειγμα, αέρια όπως το οξυγόνο και το υδρογόνο απορροφώνται στην επιφάνεια του μαύρου πλατίνας και στη συνέχεια συνδυάζονται με πολύ γρήγορη ταχύτητα σε κανονική θερμοκρασία για να σχηματίσουν νερό.
2. Σημαντικός παράγοντας προσρόφησης είναι ότι η επιφάνεια, που βοηθά στην προσρόφηση, προάγει και τον συνδυασμό ενζύμων με υποστρώματα. Αυτός ο συνδυασμός είναι υπεύθυνος για την παροχή προϊόντων αντίδρασης.
3. Η προσρόφηση που λαμβάνει χώρα στις μεμβράνες οποιουδήποτε κυττάρου προάγει αρκετές ζωτικής σημασίας χημικές αντιδράσεις. Προωθεί επίσης αλλαγές στην επιφανειακή τάση και τη συνοχή των κυττάρων.
4. Τέλος, τα φάρμακα και τα δηλητήρια που απορροφώνται στις επιφάνειες ενός κυττάρου απεικονίζουν όλα τα αποτελέσματά τους από την ίδια θέση.

Ισόθερμες προσρόφησης

Η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία προσρόφησης, και έτσι, η προσρόφηση συνήθως περιγράφεται από ισόθερμες. Παρακάτω αναφέρονται διάφορες ισόθερμες που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της τεχνικής προσρόφησης: 

Θεωρία Freundlich 

Κατά τη διάρκεια της προσρόφησης, η θεωρία της ισόθερμης προσρόφησης του Freundlich υπακούεται όταν το προσροφητικό υλικό σχηματίζει ένα μοριακό στρώμα στην επιφάνεια του προσροφητικού. Επινοήθηκε από τον Herbert Freundlich το 1909, αυτή η θεωρία αντιπροσωπεύει την ισόθερμη παραλλαγή της προσρόφησης μιας ποσότητας αερίου που προσροφάται από μια στερεή επιφάνεια.

Η θεωρία των ισόθερμων προσρόφησης Freundlich έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα. Αποτυγχάνει σε καταστάσεις υψηλής πίεσης και κατά την πολυστρωματική προσρόφηση σε στερεά επιφάνεια.

Θεωρία Langmuir

Σύμφωνα με τη θεωρία Langmuir, που προτάθηκε το 1916 από τον Αμερικανό χημικό Irving Langmuir, κατά τη διάρκεια της προσρόφησης αερίων, κάθε στερεή επιφάνεια έχει πολλές στοιχειώδεις θέσεις, καθεμία από τις οποίες απορροφά ένα σωματίδιο αερίου.

Ορισμένες υποθέσεις που λαμβάνονται υπόψη κατά τη μελέτη της θεωρίας της προσρόφησης του Langmuir είναι:

i) Υποτίθεται ότι όλες οι θέσεις προσρόφησης που θεωρούνται ότι βρίσκονται σε μια στερεή επιφάνεια είναι ισοδύναμες και η ικανότητά τους να απορροφούν ένα μόριο αερίου είναι ανεξάρτητη από το εάν η γειτονική τους θέση ίσου μήκους είναι κατειλημμένη.

ii) Υποτίθεται ότι μεταξύ των προσροφημένων και των μη προσροφημένων μορίων αερίου, υπάρχει μια δυναμική ισορροπία.